Ascension d'une masse sous l'équilibre de 2 forces.

[Rachilou]

Bonjour.

J'ai un piston d'1 kg que j'introduis dans un tube ouvert par le bas.
Dans ce tube, j'effectue le vide entre le piston et sa partie supérieure que je rends ensuite hermétique en son bout. Le diamètre intérieur du tube et l'épaisseur du piston ont été dimensionnés de telle sorte qu'en position statique, le poids du piston se trouve en parfaite équilibre avec la pression atmosphérique venant par le bas.

Par la suite, je donne au piston une impulsion vers le haut.
Cette impulsion qui s'arrète au point 0 du tube donne au piston une énergie cinétique valant:
E(c) = 0,01 joule.

La question qui se pose est la suivante;
Quelle est la variation de hauteur que le piston parcourt avant de s'arrêter?

Sachant qu'on ne tient aucunement compte des frottements entre le piston et le tube.
Ni même, des frottements dù à l'écoulement de l'air qui s'introduit dans le tube.
Sachant que la pression atmophérique est sensiblement = à 1 bar = 1 kg force
On suppose que l'air ne passe pas entre le piston et le tube.

Objectivement le calcul est un prétexe comme exemple à ma demande.
Je voudrais savoir surtout comment se déroule le phénomène physique.
Plus exactement comment vous raisonnez dans ce cas de figure.


Ce qui est certain, c'est que le piston ne va pas osciller et que la hauteur gagnée ne correspondra pas seulement à l'énergie potentielle de Gravitation de 0,01 joule.


Merci d'avance pour vos réponses.


-----

[Patzewiz]

Bonjour,

Proposition:
Si la force de pression compense la force de pesanteur, le travail de ces deux forces est nul lors du déplacement. Comme il n'y a pas de frottement le piston conserve alors la vitesse acquise et ne s'arrête qu'en haut du tube.

[invite07941352]

Bonjour Patzewiz ,
Vous en avez trop dit !!! Il ne faut pas se laisser prendre à ces petits jeux ! Bon, pas grave ...Je plaisante ... pour cette fois !

Ma question aurait été de demander à l'auteur : le piston occupe t il une position particulière dans le tube ?
Non ... Donc, il est en équilibre indifférent .... Donc ....

[Rachilou]

Bonjour Patzewiz ,
Vous en avez trop dit !!! Il ne faut pas se laisser prendre à ces petits jeux ! Bon, pas grave ...Je plaisante ... pour cette fois !

Ma question aurait été de demander à l'auteur : le piston occupe t il une position particulière dans le tube ?
Non ... Donc, il est en équilibre indifférent .... Donc ....

Bsr Catmandou...

La position du piston importe peu....
Ce qui compte c'est son point de départ à vitesse V au point 0, après une impulsion; ce point 0 aurait pu être plus bas ou plus haut...peu importe.
Le tube est une représentation, sa longueur pourrait être de 1km.

Je me pose des questions réellement...
Il n'y a pas de jeu pas de piège.

Je cherche à confronter les idées et les contradictions entre ceux qui veulent bien y participer.

D'après moi, le piston devrait bien s'arrêter mais beaucoup plus haut que la hauteur correspondant à l'énergie potentielle de Gravitation de 0,01 joule.


Sinon je vois pas où tu veux en venir... Il faut dire je suis pas toujours futé... sauf à essayer de me faire dire des bétises.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Rachilou]

Proposition:
le travail de ces deux forces est nul lors du déplacement.

Tu veux dire qu'il n 'y a pas d'échange d'énergie ?

[Dynamix]

Salut
La somme des forces appliquée au piston est nulle , donc la première loi de newton d' applique .

[invite07941352]

Re,
Les réponses de Patzewiz et Dynamix sont parfaitement claires ... La mienne , plus indirecte , est plus "expérimentale ", plus visuelle ...
J'aime bien répondre à une question par une autre question...même si elle n'est pas dans le manuel scolaire .
Si l'équilibre est indifférent - ce que je voulais vous faire dire - une impulsion l'envoie vers le haut en butée ou vers le bas et il sort du tube ...
On peut même calculer le diamètre du piston ( et de son tube associé ).
C'est la même situation, mais pas pour les mêmes causes , qu'un corps qui flotte "entre 2 eaux ".

[Rachilou]

Re.

Merci pour vos réponses.

Je voulais rentrer plus dans le détail descriptif.

Alors je dirai personnellement, que si le piston à une vitesse non nulle vers le haut, alors il se crée une dépression (aussi petite soit-elle) du côté inférieur (bas du piston), ce qui va créer une différence de force, où le poids P prend le dessus sur la pression atmosphérique. Ce qui provoquera un accélération inversée qui tendra vers l'infini (si on ne tient pas compte des frottements).


Pire encore : puisque le piston gagne en Hauteur, alors il gagne en Energie potentielle, et en raison de la conservation de l'énergie, cet énergie ne peut provenir que de la pression atmosphérique (son énergie cinétique).

Sinon, cet énergie, est loin de provenir que de la poussée d’Archimède seulement (masse volumique de l'air trop insuffisante), si toutefois on admettrait cette éventualité.


Je pars aussi du principe, que la première loi de Newton n'interdit pas le travail d'une force sur un point d'application à vitesse V (le piston en l'occurrence).

Et pourtant, j'ai du mal à croire que cette énergie cinétique puisse être soutiré de cette manière.

Si vous avez des explications... plus descriptives, je suis preneur.

[Dynamix]

Je pars aussi du principe, que la première loi de Newton n'interdit pas le travail d'une force sur un point d'application à vitesse V (le piston en l'occurrence).

Sauf que vu qu' il y a deux forces , il faut prendre en compte le travail de ces deux forces . Au total , ça fait zéro .
Je me demande bien ce que tu cherches à démontrer .

[invite07941352]

Bonjour,
Vous avez 3 réponses identiques à un problème élémentaire de niveau seconde .
A partir de maintenant , vous pouvez bien ajouter toutes les élucubrations et les complications personnelles que vous voudrez .
Vous n'êtes pas obligé de nous croire, mais le développement de ces théories personnelles ne se fera pas sur ce forum .

[LPFR]

Bonjour.
Vous pouvez ajouter une quatrième réponse dans le même sens.
Si le poids équilibre la force due à la pression atmosphérique, il n’y a pas de travail et la vitesse donnée ne change pas.
Maintenant, si vous voulez modifier l’énoncé du problème en ajoutant d’autres « nuances » (vous voyez, je suis plus gentil que Catmandou), alors ouvrez une autre discussion avec le nouvel énoncé.
Au revoir.

[Rachilou]

Bonjour.
Vous pouvez ajouter une quatrième réponse dans le même sens.
Si le poids équilibre la force due à la pression atmosphérique, il n’y a pas de travail et la vitesse donnée ne change pas.
Maintenant, si vous voulez modifier l’énoncé du problème en ajoutant d’autres « nuances » (vous voyez, je suis plus gentil que Catmandou), alors ouvrez une autre discussion avec le nouvel énoncé.
Au revoir.

Bonjour...


Je n 'ai ajouté aucune nuance...
Si le piston est en équilibre de force en position statique....entre la pression atmosphérique et son propre poids, alors il ne peut plus en être de même lors d'un déplacement.
Et je ne parle pas de frottements...L'effet est d'autant plus accentué que la vitesse de déplacement est grande.

Pour moi, il n'y a pas besoin de modifier l'énoncé pour en arriver là.

Mais le problème pour moi ne se situait pas à ce niveau.

Au revoir.

[Rachilou]

Sauf que vu qu' il y a deux forces , il faut prendre en compte le travail de ces deux forces . Au total , ça fait zéro .
Je me demande bien ce que tu cherches à démontrer .

Bonjour.

Oui, je suis d'accord avec toi...
On va dire que pratiquement, le travail vaut 0.
Mais personnellement quand tu fais le bilan, d'où vient l'énergie potentielle acquise par le piston lors de sa montée.
C'est çà que je veux comprendre...

...

[invite07941352]

Si le piston est en équilibre de force en position statique....entre la pression atmosphérique et son propre poids, alors il ne peut plus en être de même lors d'un déplacement.

Re ,
Et pourtant, c'est ainsi ...A méditer :

" Le parachutiste qui chute A VITESSE CONSTANTE est en équilibre , soumis à 2 forces opposées EGALES ".

[Dynamix]

Mais personnellement quand tu fais le bilan, d'où vient l'énergie potentielle acquise par le piston lors de sa montée.

C' est l' énergie du vide
Faire le vide est un travail : Il faut déplacer le piston , avec une force due à la pression atmosphérique , qui s' oppose au déplacement .

[Rachilou]

C' est l' énergie du vide
Faire le vide est un travail : Il faut déplacer le piston , avec une force due à la pression atmosphérique , qui s' oppose au déplacement .

En faisant le bilan, c'est la seule explication que je me suis aussi donné.
Merci encore.

[1max2]

Bonjour, zut j'arrive en retard , et oui, en créant le vide, on applique une force F constante sur une longueur L; on crée aussi une force F de pression extérieure capable d'agir sur la longueur L d'air déplacé , ce qui fait que l'énergie disponible est F x L soit Pression extérieure X V (car F=Pression x Surface) ;où V est le volume du vide . On peut donc monter , avec cette "énergie du vide" (tant que ce n'est pas l'énergie du désespoir !) un objet de masse m sur sur la longueur L telle que m=F/g (g accélération de la pesanteur)
L'énergie de ce vide là , sauf erreur , est donc : Pression extérieure x Volume du vide ....Intéressant !

[Rachilou]

Bonjour, zut j'arrive en retard , et oui, en créant le vide, on applique une force F constante sur une longueur L; on crée aussi une force F de pression extérieure capable d'agir sur la longueur L d'air déplacé , ce qui fait que l'énergie disponible est F x L soit Pression extérieure X V (car F=Pression x Surface) ;où V est le volume du vide . On peut donc monter , avec cette "énergie du vide" (tant que ce n'est pas l'énergie du désespoir !) un objet de masse m sur sur la longueur L telle que m=F/g (g accélération de la pesanteur)
L'énergie de ce vide là , sauf erreur , est donc : Pression extérieure x Volume du vide ....Intéressant !

Bonjour 1maX2

Merci pour ton intervention.
Effectivement dans le bilan... on s'y retrouve...

Mais comme l'a dit Dynamix et d'autres aussi, le travail des forces (force égales et opposées) est nul.
Mais comment diable, l'énergie s'échange t-elle entre ces 2 systèmes sans travail?

Pour parfaire cette expérience dans ce qui pourrait y avoir de similaire:
- on met le tube à l'horizontal (qu'on suppose très long)
- on ouvre l'orifice de l'autre côté cette fois-ci pour équilibrer la pression atmosphérique des 2 côtés.

Et là aussi, on se retrouve donc avec le même équilibre de force.

Et comme il n'y a pas d'énergie potentielle à prendre en compte, alors tout va bien quand on met la masse en mouvement: Le travail des forces (force égales et opposées) est nul et il n'y a pas d'échange d'énergie entre ces deux systèmes. Pourtant, quand la masse se déplace, la pression atmosphérique pousse de la même façon que lorsque le tube était vertical .

Quelles sont les différences et les similitudes entre ces deux variantes d'expérience ?
Je me pose vraiment la question.

[1max2]

Bonsoir, Rachilou and Co, je ne comprends pas vraiment ta "démarche" .
Verticale ou horizontale, la pression extérieure (atmo) est donnée comme constante .
Essaie de simplifier le problème en considérant que l'on fait le vide complet dans un tube, horizontal ou vertical .
Je ne comprends pas non plus quand tu dis "Mais comme l'a dit Dynamix et d'autres aussi, le travail des forces (force égales et opposées) est nul."
Pour moi le "phénomène " est clair : Quand on fait le vide dans un volume, on exerce une certaine force F sur une longueur L, on emmagasine de l'énergie =FxL ...
Je n'ai pas compris non plus "- on ouvre l'orifice de l'autre côté cette fois-ci pour équilibrer la pression atmosphérique des 2 côtés." Je m'excuse , je ne comprends pas ce qu'il se passe (rien selon moi ) quand les 2 orifices sont ouverts.J'ai mal compris quelque chose !

Pour moi le schéma est simple : on tire d'un côté, en rouge (en bleu la force atmo une fois le vide fait ) en luttant éventuellement contre le poids de l'objet aussi , cette énergie potentielle se retrouve aussi, forcément dans le bilan , mais ce qui est intéressant je me permets de rabâcher ou radoter :
Energie accumulée du vide crée = Volume du vide x pression atmosphérique ...Non ? On peut ajouter l'énergie potentielle de la masse que l'on monte (cylindre vertical) ou pas (cylindre horizontal).
Bonne soirée

[Dynamix]

Pourtant, quand la masse se déplace, la pression atmosphérique pousse de la même façon que lorsque le tube était vertical .

Si le tube est ouvert des 2 cotés la pression est la même des 2 cotés .
Une pression ne produit pas une force .
Pour produire une force il en faut deux et c' est la différence des deux , appliqué à une même surface , qui produit une force .

[Rachilou]

Si le tube est ouvert des 2 cotés la pression est la même des 2 cotés .
Une pression ne produit pas une force .
Pour produire une force il en faut deux et c' est la différence des deux , appliqué à une même surface , qui produit une force .

Dis comme çà, je suis parfaitement d'accord avec toi...


Donc en résumé peut-on affirmer :

- une force qui produit un travail, sous entend que cette force est une résultante non nulle (de plusieurs forces ou seulement le module de sa propre force si seule, cette force s'applique)


- un travail de force est un tranfert d'énergie.


- deux forces (mais ça peut-être beaucoup plus) qui s'appliquent sur une masse et dont leur résultante est nulle, ne peut pas produire un travail (donc ne peut pas produire de transfert d'énergie).


C'est comme çà que j'ai appris les choses.
Est ce que j 'ai tout faux ?

[Dynamix]

C' est ça .
Juste une petite rectif :
- Un ensemble de forces qui s'applique sur un objet et dont la résultante et le moment en un point sont nuls, ne peut pas produire un travail .

[1max2]

Bonsoir, Rachilou écrit : "deux forces (mais ça peut-être beaucoup plus) qui s'appliquent sur une masse et dont leur résultante est nulle, ne peut pas produire un travail (donc ne peut pas produire de transfert d'énergie)."

Prenons l'exemple d'une boule de pétanque qui ne peut bouger car collée au sol , par exemple .On la bombarde avec ce que l'on veut , cailloux, micro -onde ...., elle ne va pas bouger d'un poil, mais elle va chauffer , et échanger une forme d'énergie (chaleur ) avec l'extérieur , alors que la résultante des forces de réaction du sol et la force provenant des cailloux jetés est nulle (la résultante...nulle )...

Quand on parle de travail, il s'agit d'énergie cinétique ; et pas d'autres énergies , non ?
Il me semble alors qu'il y a une approximation dans cette phrase de Rachilou , et la fin "(donc ne peut pas produire de transfert d'énergie)." doit être enlevée je crois .

[Dynamix]

Prenons l'exemple d'une boule de pétanque qui ne peut bouger car collée au sol , par exemple .On la bombarde avec ce que l'on veut , cailloux, micro -onde ...., elle ne va pas bouger d'un poil, mais elle va chauffer , et échanger une forme d'énergie (chaleur ) avec l'extérieur , alors que la résultante des forces de réaction du sol et la force provenant des cailloux jetés est nulle (la résultante...nulle )...

Pour qu' il y ait travail , il faut nécessairement une force et un déplacement .
Si la boule ne se déplace pas son travail est nul .
Par contre les cailloux ( ou les choux) que tu lance travaillent . Après le choc , ils ont moins d' énergie .

[1max2]

Pour qu' il y ait travail , il faut nécessairement une force et un déplacement .
Si la boule ne se déplace pas son travail est nul .
Par contre les cailloux ( ou les choux) que tu lance travaillent . Après le choc , ils ont moins d' énergie .

Pas forcément , les cailloux peuvent rebondir élastiquement et créer une force de pression, ( ils laissent 2 mv à chaque choc ) , on peut calculer la force en sachant combien il y a de chocs à la seconde.
Si par exemple il y a n chocs par seconde, la force donnée à la boule de pétanque sera de 2nmv /s (si, si c'est une force !) mais s'ils rebondissent élastiquement , effectivement ils ne laissent pas de chaleur , normalement ...
Si le choc n 'est pas tout à fait élastique, les cailloux ne laissent pas 2 mv à chaque choc, disons 1.5 mv , il y aura toujours une force; moindre certes ; et de la chaleur laissée sur la boule et les cailloux ..

[Rachilou]

Bonsoir, Rachilou écrit : "deux forces (mais ça peut-être beaucoup plus) qui s'appliquent sur une masse et dont leur résultante est nulle, ne peut pas produire un travail (donc ne peut pas produire de transfert d'énergie)."

Prenons l'exemple d'une boule de pétanque qui ne peut bouger car collée au sol , par exemple .On la bombarde avec ce que l'on veut , cailloux, micro -onde ...., elle ne va pas bouger d'un poil, mais elle va chauffer , et échanger une forme d'énergie (chaleur ) avec l'extérieur , alors que la résultante des forces de réaction du sol et la force provenant des cailloux jetés est nulle (la résultante...nulle )...

Quand on parle de travail, il s'agit d'énergie cinétique ; et pas d'autres énergies , non ?
Il me semble alors qu'il y a une approximation dans cette phrase de Rachilou , et la fin "(donc ne peut pas produire de transfert d'énergie)." doit être enlevée je crois .

Bonjour 1max2.


Oui, en toute rigueur, j'aurais dû dire : énergie mécanique (sous entendu énergie cinétique).
Mais je pense que tout lecteur aura fait le rapprochement pour ce cas de figure, car il s'agit de travail mécanique.

[Rachilou]

Re ,
Et pourtant, c'est ainsi ...A méditer :

" Le parachutiste qui chute A VITESSE CONSTANTE est en équilibre , soumis à 2 forces opposées EGALES ".

Bonjour...


Dans le cas que vous présentez : Il y a un travail (échange d'énergie) .

Travail positif : force motrice (poids qui soutire de son énergie potentielle)
Travail négatif : force de frottement (échauffement de l'air)

Je vous laisse déduire par vous même.

Au revoir.

[invite07941352]

Re,
Alors, gardez l'exemple du corps flottant entre 2 eaux , s'il vous convient mieux .

[1max2]

Bonjour, le corps flottant entre 2 eaux se moque de l'énergie potentielle, si j'ai bien compris , il peut , par exemple monter sans "effort" de -100m à 0m si l'on néglige les frottements .!.
pour simplifier ce cas, on pourrait prendre une boule en fer creuse remplie d'air ..Cela pourrait donner des idées à "certains" pour faire de l'énergie "gratos", mais non , ça ne fonctionne pas évidemment! .
Par exemple, au fond si la boule est pleine d'eau il faut la remplir d'air , et fournir de l'énergie fonction de la pression (sans doute Volume x pression ) .Cette énergie est rendue avec l'ascension de la boule par la poussée d'Archimède ..

[Dynamix]

Bonjour, le corps flottant entre 2 eaux se moque de l'énergie potentielle, si j'ai bien compris , il peut , par exemple monter sans "effort" de -100m à 0m si l'on néglige les frottements .!.

Et arrivé à la surface , que fait il ? (on suppose qu' il n' y a pas de pertes d' énergie)